Емкостный датчик для измерения толщины диэлектрической ленты

Емкостный датчик для измерения толщины материала из диэлектрика (рис. 4). Контролируемый материал 1 протягивается с помощью роликов 2 между обкладками конденсатора 3, не касаясь их. Данный датчик в принципе представляет собой плоскопараллельный конденсатор с двухслойным диэлектриком.

Рисунок 4. Емкостный датчик для измерения толщины материала

Если длину зазора между обкладками обозначить d, мм, толщину ленты диэлектрика ∆, мм, а диэлектрическую проницаемость ленты из диэлектрика ε_дэ, то емкость датчика, пФ,

,(7)

где S - площадь обкладок, см².

Чувствительность датчика

,(8)

Для определения малых изменений емкости ∆С/С применяют следующие схемы включения емкостных датчиков:

·   мостовую;

·   резонансную;

·   биений.

Мостовая схема измерений применяется при изменении емкости до ∆С/С=10^-4 - 10^-3. Для более чувствительных измерений (до ∆С/С = 10^-5 - 10^-6) используют два последних метода. Здесь генератор высокой частоты 1 питает индуктивно связанный с ним контур, состоящий из индуктивности L_K, подстроечного конденсатора С₀ и емкостного датчика С_д. Напряжение U_K, снимаемое с контура, усиливается и выпрямляется усилителем 2. Результаты измерения фиксируются измерительным прибором, шкала которого градуируется в единицах измеряемой величины. При помощи подстроечного конденсатора С₀ контур настраивается на частоту, близкую к частоте генератора ω_г≈ω₀ . Следует также иметь в виду, что подвижная пластина датчика С_д должна находиться в нейтральном положении. При этих условиях напряжение, снимаемое с контура U_K, должно быть примерно в два раза меньше, чем напряжение при резонансе U_р. Таким образом, незначительное перемещение подвижной пластины датчика С_д приведет к резкому изменению напряжения в контуре на его выходе, чем и объясняется высокая чувствительность и устойчивость схемы.

Рисунок5. Резонансная схема измерений

Резонансная частота контура определяется из условия резонанса (активное сопротивление катушки и индуктивности при этом не учитываются)

,(9)

Для измерения методом биений используют два связанных генератора с одинаковой частотой колебаний в диапазоне 10-25 МГц, из которых один модулируется по частоте измеряемой механической величиной, воздействующей на измерительный конденсатор. На выходе смесителя выделяется сигнал разностной частоты (биения), пропорциональной измеряемой величине. Колебания высокой частоты как бы модулируются колебаниями разностной частоты (∆ω). Метод биений получил в основном применение в схемах точного измерения частоты.[2]